JP5227905B2 - ゲートウェイ装置及びそれを用いた端末認証方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＷｉＭＡＸシステムにおける接続端末の認証方法に関する。特にＷｉＭＡＸシステムのアクセスサービスネットワーク装置(以下、ＡＳＮ−ＧＷと称する)において接続されている端末の固有情報が重複する端末に対する接続を拒否する認証方法に関する。

移動体通信システムにおける端末の認証方法として、現在普及している携帯電話では端末固有ＩＤ方式が用いられている。端末固有ＩＤ方式は、携帯電話に内蔵されるＳＩＭ(Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ Ｉｄｅｎｔｉｔｙ Ｍｏｄｕｌｅ)カードに登録されているＩＭＳＩ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｍｏｂｉｌｅ Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ Ｉｄｅｎｔｉｔｙ）が加入者情報の特定で用いられる。またＳＩＭカードは携帯電話を販売するキャリアが他の端末では使用できないように使用制限をかけることが一般的であり、特にＩＭＳＩは利用者による書き換えが不可能となっている。このため、認証方法に関しては端末詐称や不正利用を防止できる利点があるが、ユーザは使用回線および使用端末が特定した状態での契約を強いられ、移動体通信の利用形態の多様化には不便が生じる。

これに対して、非特許文献１に記載されているように、モバイルＷｉＭＡＸ（Ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ Ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ ｆｏｒ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ａｃｃｅｓｓ）システム（以下、ＷｉＭＡＸと称する）では、加入者情報を端末に直接書き込む方式（所謂「白ロム端末」方式）を採用する。ユーザは回線契約を締結していない白ロム端末（具体的にはノートパソコンやＰＤＡ等）を量販店などで購入し、モバイルＷｉＭＡＸネットワーク経由でオンラインユーザ登録により白ロム端末に加入者情報を書き込み、以降はＷｉＭＡＸサービスを利用可能となる。

このようにノートパソコン等の汎用端末へのＷｉＭＡＸ通信機能組み込みが容易となるため、ユーザにとって移動体通信における利用形態の多様化が可能となる利点が生じる。その反面、現在標準化検討されているＷｉＭＡＸシステムでの端末認証方式には以下で説明する課題が生じる。

非特許文献２に記載されているようにＷｉＭＡＸでは、端末の識別子としてＭＳＩＤ（Ｍｏｂｉｌｅ Ｓｔａｔｉｏｎ Ｉｄｅｎｔｉｔｙ）を用いる。ＭＳＩＤはネットワークに接続される機器のハードウェア固有の物理アドレスであるＭＡＣ（Ｍｅｄｉａ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）アドレスであることが標準仕様として決められており、ＷｉＭＡＸシステムで用いる殆どの制御信号に含まれ、加入者情報やセッション管理情報の特定に使用される。前述した通り、ユーザの使用する端末に制限がなくなることがメリットである反面、ＭＡＣアドレスが簡単に設定できるため、端末再接続などによるＭＡＣアドレスの重複が生じると端末の接続に対して既に接続されている端末セッションの切断が発生することが起こり得る。

NWG_OTA_Provisioning_Specification_General_Rel_1.5_v1.0.0.doc WiMAX Forum NWG_R1_V1.3.0-Stage-3_NWG_APPROVED.doc

ＷｉＭＡＸサービスでは、ＳＩＭカード無しの白ロム端末（パソコン、ＰＤＡ等）へ所定の事項を書き込むだけで接続ができるようになる。ＷｉＭＡＸシステムでは、端末を特定するＭＳＩＤとしてＭＡＣアドレスを用いるが、端末には汎用ＯＳが採用される為、比較的容易にＭＳＩＤ設定が可能である。結果として、以下に記載するように、ＥＡＰ(ＰＰＰ拡張認証プロトコル)認証前にＷｉＭＡＸシステムのサービスに対し接続しにくい状況が発生する可能性がある。具体的な接続方式の説明のため、図３を用いてＷｉＭＡＸシステムでの端末認証シーケンスを説明する。

まず、端末(ＭＳ：Ｍｏｂｉｌｅ Ｓｔａｔｉｏｎ)１０から基地局(ＢＳ：Ｂａｓｅ Ｓｔａｔｉｏｎ)２０を介し、アクセスネットワークゲートウェイ装置（ＡＳＮ−ＧＷ）３０に端末接続要求（ＭＳ＿ＰｒｅＡｔｔａｃｈｍｅｎｔ＿Ｒｅｑ）を行い、ＡＳＮ−ＧＷ３０はセッション情報更新処理１Ｓ１００を行う。端末接続要求には端末の識別子としてＭＳＩＤが含まれ、ＡＳＮ−ＧＷ３０では本ＭＳＩＤを用いて、ＡＳＮ−ＧＷ３０内で管理するセッション情報テーブルへの新規追加もしくは更新処理を行う。 次に、ＡＳＮ−ＧＷ３０を介在しＭＳ１０とＡＡＡ５０の間で端末認証（ＥＡＰ認証処理）Ｓ１０４を実施する。ＡＡＡ５０からＡＳＮ−ＧＷ３０にＭＳ１０の認証結果（ＡｃｃｅｓｓＡｃｃｅｐｔ／Ｒｅｊｅｃｔ）を通知し、ＡＳＮ−ＧＷ３０はセッション情報更新処理２Ｓ２００を行う。ＡＳＮ−ＧＷ３０はＢＳ２０を介しＭＳ１０に認証結果（ＡＲ＿ＥＡＰ＿Ｔｒａｎｓｆｅｒ）を通知する。

現在、標準仕様で規定されている端末接続要求（ＭＳ＿ＰｒｅＡｔｔａｃｈｍｅｎｔ＿Ｒｅｑ）は、暗号化されるメッセージではなく、一般ユーザにおいてもパケットキャプチャ等を用いることによって容易に監視することができる。また、ＭＳＩＤはＭＡＣアドレスで容易に書き換えが可能である。ＭＳＩＤを変更して端末接続要求を行う端末であっても、端末接続要求を受信したＡＳＮ−ＧＷ３０では端末接続要求（ＭＳ＿ＰｒｅＡｔｔａｃｈｍｅｎｔ＿Ｒｅｑ）から認証結果通知（ＡＲ＿ＥＡＰ＿Ｔｒａｎｓｆｅｒ）の処理の間は、接続端末のセッション情報を保持する必要がある。

そのため、ＭＳＩＤが重複した状態でのＡＳＮ−ＧＷ３０の接続サービスとして以下の状況の発生が想定される。（１）任意の端末がＭＳＩＤを少しずつ変更し端末接続要求を繰り返し実施することにより、ＡＳＮ−ＧＷ３０で管理するセッション情報テーブルがすべて使用中となり、正規ユーザからの端末接続要求が受信困難な状態になる。（２）既に接続している正規ユーザのセッション情報テーブルに対して、ＭＳＩＤが重複した他の端末が端末接続要求を実施することにより、セッション切断が発生してしまう。

本発明では、ＡＳＮ−ＧＷで管理するセッション情報テーブルを認証用セッション情報と運用セッション情報の２つに分離した構成とする。端末接続要求からＥＡＰ認証完了までの処理中は認証用セッション情報を用い、ＥＡＰ認証を正常完了した端末に関してのみ、運用セッション情報を用いてセッションを継続管理する。また、同一ＭＳＩＤを用いた端末接続要求に対しては、認証用セッション情報の１レコードのみを上書き更新する手段を設け、無駄なセッション管理テーブルの使用を削減する。

本発明によって、他の端末のＭＳＩＤと重複する端末からのアクセスを受け付けても、正規端末に問題なくサービスを提供することが可能となる。

ＷｉＭＡＸシステムの構成例を示すシステム構成図である。 ＡＳＮ−ＧＷ装置の端末認証制御の構成例を示すブロック図である。 ＷｉＭＡＸシステムの端末認証の動作例を示すシーケンス図である。 ＡＳＮ−ＧＷ装置のメモリに記憶するセッション関連データの構成例を示すテーブル構成図である。 ＡＳＮ−ＧＷ装置における端末認証動作時のフローチャート図である。

本発明にかかるゲートウェイ装置は、端末と通信する基地局及び通信網と接続され、基地局を管理し、端末の端末情報を認証するゲートウェイ装置であって、ゲートウェイ装置は、セッション情報管理部と、認証制御部と、を有し、端末からの接続要求に対して、認証制御部は、端末の端末情報と、同一の情報が、セッション情報管理部により管理される第一のセッション情報テーブルに存在するかを判定し、同一の情報が存在する場合には、第一のセッション情報テーブルから同一の情報を削除し、かつ、第一のセッション情報テーブルに端末情報を追加し、同一の情報が存在しない場合には、第一のセッション情報テーブルに端末情報を追加する、第一のセッション情報更新処理手段と、追加された端末情報を認証する認証処理手段と、を有し、認証結果に応じて、認証が成功した場合には、端末情報と、同一の情報が、セッション情報管理部により管理される第二のセッション情報テーブルに存在するかを判定し、同一の情報が存在する場合には、第二のセッション情報テーブルから同一の情報を削除し、かつ前記第二のセッション情報のテーブルに端末情報を追加し、同一の情報が存在しない場合には、第二のセッション情報テーブルに端末情報を追加し、第一のセッション情報テーブルから、追加された端末情報を削除する、第二のセッション情報更新処理手段と、を有することを特徴とする。

また、本発明にかかるゲートウェイ装置の端末認証方法は、端末と通信する基地局及び通信網と接続され、基地局を管理するゲートウェイにおける、端末の端末情報を認証する認証処理方法であって、端末からの接続要求に対して、ゲートウェイは、端末の端末情報と、同一の情報が、第一のセッション情報テーブルに存在するかを判定し、同一の情報が存在する場合には、第一のセッション情報テーブルから同一の情報を削除し、かつ、第一のセッション情報テーブルに端末情報を追加し、同一の情報が存在しない場合には、第一のセッション情報テーブルに端末情報を追加する、第一のセッション情報更新処理手段と、追加された端末情報を認証する認証処理手段と、を有し、認証結果に応じて、認証が成功した場合には、端末情報と、同一の情報が、第二のセッション情報テーブルに存在するかを判定し、同一の情報が存在する場合には、第二のセッション情報テーブルから同一の情報を削除し、かつ第二のセッション情報のテーブルに端末情報を追加し、同一の情報が存在しない場合には、第二のセッション情報テーブルに端末情報を追加し、第一のセッション情報テーブルから、追加された端末情報を削除する、第二のセッション情報更新処理手段と、を有することを特徴とする。さらに、第一のセッション情報テーブルとは、認証用セッション情報テーブルであり、第二のセッション情報テーブルは運用セッション情報テーブルであることを特徴とする。

本発明の実施例によれば、ＡＳＮ−ＧＷ装置の外部インタ−フェースは標準仕様を維持したまま動作可能であるため、ＷｉＭＡＸシステム内に特別な装置を設置することなく不正端末からのアクセスを防御することが可能である。また、ＷｉＭＡＸシステムにおいて、前述したＭＳＩＤ重複による接続に対する防御機能を特別な装置を追加する事無く、かつ低消費メモリで、実現可能となる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。図１は、ＷｉＭＡＸシステムの構成例を示すシステム構成図である。ＷｉＭＡＸシステムは、端末(ＭＳ：Ｍｏｂｉｌｅ Ｓｔａｔｉｏｎ)１０と通信を行う無線通信装置である基地局(ＢＳ：Ｂａｓｅ Ｓｔａｔｉｏｎ)２０と、ＢＳ２０と他の通信網であるＣＳＮ/インターネット(以下、これらを纏めてＣＳＮと称する)４０との接続やＢＳ２０の管理・制御を行うアクセスネットワークゲートウェイ装置(ＡＳＮ−ＧＷ装置)３０と、ＣＳＮ４０には認証・許可・課金装置(ＡＡＡ：Ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ，Ａｕｔｈｏｒｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ Ａｃｃｏｕｎｔｉｎｇ)５０とホーム・エージェント(以下、ＨＡと称する)６０で構成する。

本発明では、ＷｉＭＡＸシステム上のＡＳＮ−ＧＷ装置３０の認証処理方法に追加処理を加えることで、他の装置への影響を抑えて不正端末からのアクセスを防御することが可能となる。

図２は、ＡＳＮ−ＧＷ３０の端末認証制御の構成例を示すブロック図である。ＢＳ２０との通信処理を行うインターフェース５００、ＡＳＮ−ＧＷ３０にＢＳ２０を介し接続したＭＳ１０の状態を管理するセッション情報管理部５１０、ＭＳ１０の認証情報をＡＡＡ５０と認証プロトコル処理を行う認証制御部５２０、ＡＡＡ５０との通信処理を行うインターフェース５３０とで構成される。

図３は、ＷｉＭＡＸシステムの端末認証の動作例を示すシーケンス図である。ＭＳ１０からＢＳ２０を介しＡＳＮ−ＧＷ３０に端末接続要求（ＭＳ＿ＰｒｅＡｔｔａｃｈｍｅｎｔ＿Ｒｅｑ）を行い、ＡＳＮ−ＧＷ３０はセッション情報更新処理１Ｓ１００を行う。ＡＳＮ−ＧＷ３０を介在しＭＳ１０とＡＡＡ５０の間で端末認証（ＥＡＰ認証処理）Ｓ１０４を実施する。ＡＡＡ５０からＡＳＮ−ＧＷ３０にＭＳ１０の認証結果（ＡｃｃｅｓｓＡｃｃｅｐｔ／Ｒｅｊｅｃｔ）を通知し、ＡＳＮ−ＧＷ３０はセッション情報更新処理２Ｓ２００を行う。ＡＳＮ−ＧＷ３０はＢＳ２０を介しＭＳ１０に認証結果（ＡＲ＿ＥＡＰ＿Ｔｒａｎｓｆｅｒ）を通知する。本発明では、セッション情報更新処理１Ｓ１００およびセッション情報更新処理２Ｓ２００の処理内容と、セッション情報管理部５１０で管理する、セッション情報管理テーブルを運用セッションＴａｂlｅ３００と認証用セッションＴａｂlｅ３１０の２つで構成することに特徴がある。

図４は、セッション情報管理部５１０で管理される運用セッションＴａｂlｅ３００と認証用セッションＴａｂlｅ３１０の構成図である。
運用セッションＴａｂlｅ３００と、認証用セッションＴａｂlｅ３１０は、其々セッションＩＤ３３０、使用中フラグ３４０、ＭＳＩＤ３５０及びＭＳ情報３６０から構成される。図３のＭＳ１０からＢＳ２０を介しＡＳＮ−ＧＷ３０に通知する端末接続要求（ＭＳ＿ＰｒｅＡｔｔａｃｈｍｅｎｔ＿Ｒｅｑ）に含まれる端末情報（ＭＳＩＤ３５０、ＭＳ情報３６０）にＡＳＮ−ＧＷ３０が一意的に割り振られたセッションＩＤ３３０を元に管理される。

ここで、各セッションＴａｂｌｅの保持数に関して従来手法と本発明の手法を説明する。通常、端末からの接続要求毎に、一つの新規テーブルを使用し、接続要求に対する認証完了までそのテーブルを保持する必要がある。また、認証が正常に完了した場合は、そのまま使用していたテーブルを用いて保持を継続する。そのため、従来の手法では、同時接続端末数に加え不正アクセス数や再送数を考慮したセッションＴａｂｌｅ保持数を必要とする。そのため。従来手法では同時接続端末数の２倍以上のメモリ領域を確保することとなる。一方、本発明では、従来通り認証成功後に保持する正規端末数分のセッションを管理する運用セッションＴａｂlｅ３００とは別に、上述した認証途中のセッションを管理するＴａｂｌｅを認証用セッションＴａｂｌｅ３１０として分離可能とし、さらに不正アクセス時のメモリ領域を新規テーブルとして使わず上書きすることで、分離した認証用セッションのメモリ量を端末からの接続要求とＷｉＭＡＸシステム全体の制御信号の割合から、運用セッションＴａｂle３００に対して、認証用セッションＴａｂｌｅ３１０のメモリ量を１０分の１程度にすることによって、ＡＳＮ−ＧＷ３０全体のメモリリソースを従来と比較して少ない量で対策が可能となった。
ここで、未使用メモリエリアの一部を不正アクセス対策用メモリエリアに割り当て、認証用セッションＴａｂle３１０としてセッション情報更新処理１に使用することにより、特別な装置を設置することなく運用セッションＴａｂｌｅ３００に存在するセッションに影響せずに認証処理を実施することも出来るようにした。

次に、図５を用いて端末認証動作時の運用セッションＴａｂle３００と認証用セッションＴａｂle３１０の更新手順について説明する。

図５は、ＡＳＮ−ＧＷ３０における図３の端末認証動作時のフローチャート図である。ＭＳ＿ＰｒｅＡｔｔａｃｈｅｍｅｎｔ＿Ｒｅｑを受信したセッション情報管理部５１０はセッション情報更新処理１Ｓ１００として認証用セッション情報チェック処理Ｓ１０1にて認証用セッションＴａｂlｅ３１０に同一のＭＳ情報があるか確認する。同一のＭＳ情報が無い場合は、認証用セッションＴａｂｌｅ３１０に新規ＭＳ情報をセッションＩＤ別セッションＴａｂｌｅ３２０単位で追加Ｓ１０３する。同一のＭＳ情報がある場合は、認証用セッションＴａｂｌｅ３１０から既存ＭＳ情報をセッションＩＤ別セッションＴａｂｌｅ３２０単位で削除１０２し、認証用セッションＴａｂｌｅ３１０に新規ＭＳ情報をセッションＩＤ別セッションＴａｂｌｅ３２０単位で追加Ｓ１０３する。上記処理により不正端末からの複数アクセスを受信下場合においても無駄にメモリを使用することもなく処理が可能となる。セッション情報更新処理１Ｓ１００実施後、認証制御部５２０を介しＭＳ１０とＡＡＡ５０の間でＥＡＰ認証処理Ｓ１０４を行い、ＡＡＡ５０の認証結果通知Ｓ２０１が失敗であれば、セッション情報管理部５１０は認証用セッションＴａｂｌｅ３1０からＭＳ情報をセッションＩＤ別セッションＴａｂｌｅ３２０単位で削除Ｓ２０５する。他の端末のＭＳＩＤを偽装する端末からのアクセスを受け付けても、運用セッションＴａｂｌｅ３００に影響せず認証用セッションＴａｂｌｅ３１０を用いることにより正規端末に問題なくサービスを提供することが可能となる。

認証結果通知Ｓ２０１が成功であれば、運用セッション情報チェック処理Ｓ２０２にて同一のＭＳ情報があるか確認する。同一のＭＳ情報が無い場合は、運用セッションＴａｂlｅ３００にＭＳ情報をセッションＩＤ別セッションＴａｂｌｅ３２０単位で追加Ｓ２０４する。同一のＭＳ情報がある場合は、運用セッションＴａｂｌｅ３００から既存ＭＳ情報をセッションＩＤ別セッションＴａｂｌｅ３２０単位で削除Ｓ２０３し、運用セッションＴａｂｌｅ３００に新規ＭＳ情報をセッションＩＤ別セッションＴａｂｌｅ３２０単位で追加Ｓ２０４し、認証用セッションＴａｂｌｅ３１０からＭＳ情報をセッションＩＤ別セッションＴａｂｌｅ３２０単位で削除Ｓ２０５を行った後、ＭＳ１０に認証結果（ＡＲ＿ＥＡＰ＿Ｔｒａｎｓｆｅｒ）を通知する。認証用セッションＴａｂｌｅ３１０は、図３における端末認証時のみ必要であるため、運用セッションＴａｂｌｅ３００と比べ、１０分の１のセッションＩＤ別セッションＴａｂｌｅ３２０で十分であり、既存装置のままメモリ量の消費を抑え、運用セッションＴａｂｌｅ３００の既存ＭＳに影響無く、ユーザ認証を行うことによりセキュリティ強化を行うことができる。

１０・・・端末
２０・・・ＢＳ
３０・・・ＡＳＮ-ＧＷ
４０・・・ＣＳＮ
５０・・・ＡＡＡ
６０・・・ＨＡ
５００・・・インターフェース
５１０・・・セッション情報管理部
５２０・・・認証制御部
５３０・・・インターフェース
３００・・・運用セッションＴａｂlｅ
３１０・・・認証用セッションＴａｂｌｅ
３２０・・・セッションＩＤ別セッションＴａｂｌｅ
３３０・・・セッションＩＤ
３４０・・・使用中フラグ
３５０・・・ＭＳＩＤ
３６０・・・ＭＳ情報

Claims (4)

1. 端末と通信する基地局及び通信網と接続され、前記基地局を管理し、前記端末の端末情報を認証するゲートウェイ装置であって、
   前記ゲートウェイ装置は、セッション情報管理部と、認証制御部と、を有し、
   前記端末からの接続要求に対して、前記認証制御部は、
   前記端末の端末情報と、同一の情報が、前記セッション情報管理部により管理される第一のセッション情報テーブルに存在するかを判定し、
   前記同一の情報が存在する場合には、前記第一のセッション情報テーブルから前記同一の情報を削除し、かつ、前記第一のセッション情報テーブルに前記端末情報を追加し、
   前記同一の情報が存在しない場合には、前記第一のセッション情報テーブルに前記端末情報を追加する、第一のセッション情報更新処理手段と、
   追加された前記端末情報を認証する認証処理手段と、を有し、
   前記認証結果に応じて、
   前記認証が成功した場合には、前記端末情報と、同一の情報が、前記セッション情報管理部により管理される第二のセッション情報テーブルに存在するかを判定し、
   前記同一の情報が存在する場合には、前記第二のセッション情報テーブルから前記同一の情報を削除し、かつ前記第二のセッション情報のテーブルに前記端末情報を追加し、
   前記同一の情報が存在しない場合には、前記第二のセッション情報テーブルに前記端末情報を追加し、
   前記第一のセッション情報テーブルから、追加された前記端末情報を削除する、第二のセッション情報更新処理手段と、
   を有することを特徴とするゲートウェイ装置。
2. 端末と通信する基地局及び通信網と接続され、前記基地局を管理するゲートウェイにおける、前記端末の端末情報を認証する認証処理方法であって、
   前記端末からの接続要求に対して、前記ゲートウェイは、
   前記端末の端末情報と、同一の情報が、第一のセッション情報テーブルに存在するかを判定し、
   前記同一の情報が存在する場合には、前記第一のセッション情報テーブルから前記同一の情報を削除し、かつ、前記第一のセッション情報テーブルに前記端末情報を追加し、
   前記同一の情報が存在しない場合には、前記第一のセッション情報テーブルに前記端末情報を追加し、
   追加された前記端末情報を認証し、
   前記認証結果に応じて、
   前記認証が成功した場合には、前記端末情報と、同一の情報が、第二のセッション情報テーブルに存在するかを判定し、
   前記同一の情報が存在する場合には、前記第二のセッション情報テーブルから前記同一の情報を削除し、かつ前記第二のセッション情報のテーブルに前記端末情報を追加し、
   前記同一の情報が存在しない場合には、前記第二のセッション情報テーブルに前記端末情報を追加し、
   前記第一のセッション情報テーブルから、追加された前記端末情報を削除することを特徴とするゲートウェイ装置の端末認証方法。
3. 前記第一のセッション情報テーブルとは、認証用セッション情報テーブルであり、前記第二のセッション情報テーブルは運用セッション情報テーブルであることを特徴とする請求項１に記載のゲートウェイ装置。
4. 前記第一のセッション情報テーブルとは、認証用セッション情報テーブルであり、前記第二のセッション情報テーブルは運用セッション情報テーブルであることを特徴とする請求項２に記載のゲートウェイ装置の認証方法。

Images